本發明屬于廢舊橡膠回收再利用領域，主要涉及高精細膠粉制備方法及其生產線。具體而言，涉及一種在常溫碾磨和冷凍研磨整合的環境下生產高精細膠粉的方法及其生產線。
背景技術：
：廢舊橡膠中含有豐富的原材料資源。在預先冷卻過程中，例如廢舊輪胎中的橡膠應在變脆的狀態下被軋碎，轉變成一種可再次使用的二次原料而回到生產過程中。廢舊汽車輪胎和工業橡膠產品廢料也是豐富的原料來源。并且，這種廢品和廢料數量的持續增長對環境構成了相當大的負擔。在回收經濟的原則和為減少二氧化碳等氣體的排放量的大環境下，廢汽車輪胎和橡膠產品廢料的回收會變得更為重要。橡膠制品有著許多優良的性能，用途十分廣泛。自從進入工業化社會以來，橡膠制品的使用量越來越大，隨之產生了由大量橡膠廢棄物所帶來的環境問題：據統計，1997年全世界橡膠消耗量為1677萬噸，而產生的廢橡膠量已達1000多萬噸。目前我國橡膠的總消耗量在200萬噸左右，廢橡膠量約120萬噸，居世界第二位。廢橡膠中主要是大量的廢舊輪胎，他們在自然界難以分化降解，形成嚴重的黑色污染。將廢棄的硫化橡膠粉碎成精細膠粉或微細膠粉后再次使用，是解決廢硫化橡膠的資源化再生利用，綜合解決環境保護與資源問題的有效途徑。該領域的現有技術主要是低溫冷凍粉碎工藝與常溫粉碎工藝兩類。前者利用液氮或空氣壓縮冷凍系統將廢舊輪胎粉碎，它可以完成廢橡膠的回收利用，但是其工藝需要消耗大量電能，使生產成本過高。同時這種工藝所得到的膠粉顆粒，其幾何物性不理想，與其他材料結合的性能較差，影響了它的再利用效果。常溫粉碎工藝又分為溶劑法與機械法，機械法的機械包括有刀盤式、輥軋式、齒盤式與螺桿擠出式。他們克服了冷凍法的不足，具有較好的發展前景，但橡膠可在-50～150℃范圍內保持高彈性、高柔韌性，對它的精細與微細粉碎較之硬質材料要困難的多。膠粉的粒度越小，其再利用的性能越好，應用的附加值也越高。但目前機械法工藝與設備只能加工粗膠粉、細膠粉與60目左右的精細膠粉；80目以上的精細膠粉、微細膠粉以及超微細膠粉的加工則非常困難，尚未出現滿足大規模工業生產需要地成熟工藝。專利文獻us2002/144933a1中公開了一種使用低溫破碎法生產廢橡膠和用過的橡膠產品的設備，其中將要破碎的物料進行冷凍的冷凍管道，深度冷凍物料的異物分離裝置和破碎類裝置，因此，一個多級預破碎系統包括預破碎機預破碎物料被送入一個被分為幾個冷凍區域的冷凍系統，在此，低溫液態冷凍劑噴灑在該物料上。冷凍系統的出口與一個溫度平衡系統相連，并且深度冷凍的物料在逐級破碎的多級精細破碎機中被粉碎成細小的顆粒。本領域中公知的是，低溫處理的目的是將廢舊橡膠粉碎成適于后續生產工藝中使用的中間原料。為此，例如使用液氮作為制冷劑，從而將彈性的廢舊橡膠冷卻至理想的低溫，以確保廢舊橡膠處于易于被碾碎的脆狀態。然而，在現有技術中，仍然難以將廢舊輪胎深核區冷卻，并且使其變脆。這一問題通常需要延長對廢舊輪胎的處理時間，這會增加整個生產過程的成本等。同時，被冷卻的輪胎還必須在運送過程中由于摩擦的再度升溫。此外，例如車輛輪胎的外胎中的纖維或金屬增強物等是極具價值的原料，很需要將它們盡可能以純組分進行回收。另外，現有技術中的低溫工藝不夠理想的是，僅能使膠粉以及上述提到的金屬或纖維的純度達到97％左右。然而，高純度的膠粉是應用價值極大的，其可以用來制備具有高產品附加值的熱塑性彈性體(tpe)等材料。因此，仍然需要一種改進的廢舊橡膠高精細膠粉制備生產線和方法，使得高精細膠粉制備生產線整體上工作于盡可能理想的溫度，并且使得所制備出的膠粉等產品具有更有優勢的粒徑和純度。技術實現要素：為了解決上述技術問題，根據本發明的一方面，提供了一種利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，所述方法包括如下步驟：(a)、將廢舊橡膠進行破碎分解；(b)、將經破碎分解后的橡膠進行輥碾處理，以獲得粗膠粉；(c)、將所述粗膠粉碾磨，隨后進行精磨，以獲得精細膠粉；(d)、將所述精細膠粉進行冷凍研磨，以獲得高精細膠粉，其中，所述步驟(c)在常溫下進行，所述步驟(d)在橡膠的脆化溫度以下進行。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(d)中的所述冷凍研磨進一步包括：(d1)將所述精細膠粉在全封閉環境下冷凍；(d2)將經冷凍的精細膠粉進一步進行冷脆處理；(d3)將所述冷脆處理后的精細膠粉進行所述冷凍研磨，其中，所述步驟(d1)、(d2)和(d3)中的冷凍是彼此獨立的。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(d1)中將所述精細膠粉冷凍至-120℃以下，所述步驟(d2)中的所述冷脆處理將所述精細膠粉進一步冷凍至橡膠的脆化溫度以下。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(d3)中的所述冷凍研磨在恒定的低溫下進行。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(a)中的所述破碎分解進一步包括小塊分割和篩分工序。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(b)進一步包括：從所述粗膠粉中磁選分離出金屬制品。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(c)進一步包括：在所述碾磨和所述精磨之間，振動篩分出纖維。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(c)獲得的所述精細膠粉包括約80％的粒徑為0～2mm范圍的精細膠粉和約20％的粒徑為2～6mm范圍的精細膠粉。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述步驟(d)進一步包括將所述高精細膠粉進行烘干和過濾。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的方法，可選地，所述高精細膠粉中粒徑不超過180μm的高精細膠粉比例不低于50％。為了解決上述技術問題，根據本發明的另一方面，提供了一種利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，所述生產線包括破碎系統、造粒系統、碾磨和精磨系統、冷凍研磨系統。其中，所述碾磨和精磨系統在常溫下工作，所述冷凍研磨系統在橡膠的脆化溫度以下工作。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述冷凍研磨系統進一步包括：第一冷凍研磨子系統，所述第一冷凍研磨子系統將精細膠粉在全封閉環境下冷凍；第二冷凍研磨子系統，所述第二冷凍研磨子系統將經冷凍的精細膠粉進一步進行冷脆處理；第三冷凍研磨子系統，所述第三冷凍研磨子系統將所述冷脆處理后的精細膠粉進行所述冷凍研磨。其中，第一、第二和第三冷凍研磨子系統包括重疊的第一、第二和第三螺旋冷卻裝置，所述第一、第二和第三螺旋冷卻裝置分別具有彼此獨立工作的供應氮氣控制系統。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述第一冷凍研磨子系統的冷卻溫度為-120℃以下，所述第二冷凍研磨子系統的所述冷脆處理將所述精細膠粉進一步冷凍至橡膠的脆化溫度以下。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述第三冷凍研磨子系統中的所述冷凍研磨在恒定的低溫下進行。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述破碎系統進一步包括小塊分割子系統和篩分子系統。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述生產線進一步包括鋼絲分離系統，所述鋼絲分離系統用于從所述粗膠粉中分離出金屬制品。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述生產線進一步包括清潔與纖維分離系統，所述清潔與纖維分離系統用于振動篩分出纖維。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述冷凍研磨系統獲得的所述精細膠粉包括約80％的粒徑為0～2mm范圍的精細膠粉和約20％的粒徑為2～6mm范圍的精細膠粉。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述生產線進一步包括膠粉干燥系統和膠粉過濾系統，所述膠粉干燥系統用于干燥從所述冷凍研磨系統獲得的所述高精細膠粉，所述膠粉過濾系統用于過濾經干燥的所述高精細膠粉。根據本發明的利用廢舊橡膠制備高精細膠粉的生產線，可選地，所述高精細膠粉中粒徑不超過180μm的高精細膠粉比例不低于50％。根據本發明的高精細膠粉制備方法及其生產線具有如下有益技術效果：(1)減少了總體的能量消耗；(2)能夠獲得更小粒度的高精細膠粉；(3)不會產生熱損傷，高精細膠粉具有穩定的理化性能。附圖說明為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本發明的一些實施例，而非對本發明的限制。圖1是根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線組成的原理框圖。圖2是根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線中通過冷凍研磨獲得的膠粉粒徑分布與現有技術中通過室溫研磨獲得的膠粉粒徑分布的對比。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。除非另作定義，本公開所使用的技術術語或者科學術語應當為本發明所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。根據本發明的生產線，制造出的產品主要為高精細膠粉。通過對廢舊輪胎進行破碎處理，制備的產品為精細膠粉、鋼絲和纖維。僅作為示例，圖1示出了根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線組成的原理框圖。按精細膠粉制備生產線的生產工序，將主要工藝的技術路線概括如下：分解—顆粒物生產—碾磨—顆粒物清潔和分類—顆粒物冷卻—制粉—干燥—粉末清潔和分類—包裝。(1)分解工序示例利用傳送裝置將廢舊輪胎傳遞給破碎裝置，通過剝離分割機、切頭機、切圈機等對廢舊輪胎進行整體分割成片后，由傳送帶輸送到分割裁斷工序。(2)小塊分割工序示例使用對扭式預破碎機，將廢舊輪胎片分割成小橡膠塊(大小約50×50mm)，利用篩分設備進行首次粗篩分，篩分后獲取規格大小比較一致的小膠塊進入粗膠粉生產工序。(3)顆粒物生產工序示例將前述預處理破碎生成的小膠塊，使用大扭力低速平膜碾壓機進行輥碾處理，經過2-3級碾壓造粒后，生產出不改變物理性質、無化學變化的粗膠粉混合物，將該混合物利用磁選設備分離出鐵絲，獲得的粗膠粉(含纖維)。(4)碾磨工序示例將前述粗膠粉(含纖維)進行進一步碾磨，碾磨后振動篩篩分出纖維和粗膠粉，粗膠粉通過精磨分成0-2mm的顆粒和2-6mm的顆粒。(5)冷凍研磨示例將上述獲得的2-6mm的顆粒輸送到冷凍研磨系統，這個冷卻系統由三個重疊的螺旋冷卻裝置，它們都有獨立的供應氮氣控制系統，在此過程中粗膠粉在全封閉環境下液氮冷凍至-120℃以下，然后被送入主冷卻室冷卻至脆化溫度以下進行冷脆處理。此過程中可以調節傳送系統的速度和冷卻劑的用量。使用高精度冷磨機組處理脆化后的粗膠粉，利用其反向性研磨機和一個相向轉動的高精度篩分器，實現邊研磨、邊篩分，最終得到高精細橡膠粉。在研磨機上配有可以根據研磨機內溫度進行調節的供氮控制器，以保證研磨機溫度恒定。生產出來精細膠粉通過集中漏斗、旋轉鎖定器和集中輸送機送到膠粉烘干器，烘干后的各種粒度的膠粉由安全篩和錐形篩再次凈化，然后送入料倉，接下來進入包裝工序。(6)包裝工序示例高精細膠粉通過自動稱重、灌裝后入庫。包裝規格為大袋裝或者25kg裝。下文通過示例的方式詳細介紹精細膠粉制備生產線中的冷凍研磨工藝部分。實施例：冷凍研磨工藝根據本發明的實施例，精細研磨系統采用無壓設計，適合低溫粉碎。材料選擇在構造材料方面，除非有其他特殊規定，所有設備和系統元件優選地由低碳鋼制作。輸送螺桿冷卻機優選由不銹鋼制成，針式磨粉機的磨粉元件優選地由特質鋼制作，適合低溫粉碎。入口槽也由不銹鋼制作。磨粉機噪音等級在磨粉機噪音等級方面，無噪音防護措施的情況下：約110db(a)。頻率范圍63-16000hz，根據din45635，第一部分，精度等級3測量表面一體化的聲壓級(spl)。電氣控制在電氣控制方面，供給電壓：50hz，380v；控制電壓：24v。可選地，內部控制柜的電壓為230v。工藝規范喂入原料：廢舊輪胎顆粒喂入原料99.9％不含以下物質：金屬和礦物雜質；從橡膠顆粒中完全除去剩下最多0.1％輪胎紡織纖維；喂料尺寸：2.0-5.0mm最終產品精細度(低溫粉碎階段的產出)：31％＜100μm41％＜125μm(120目)60％＜160μm68％＜180μm(80目)76％＜200μm91％＜300μm96％＜425μm(40目)上述數值是實驗室篩分的結果。通過這種分析，可非常精確的決定顆粒尺寸的分布。然而，本領域技術人員應理解的是，由于篩分/分級性能能力的不同，與分析篩上獲得的結果相比，生產運行將出現一些偏差。因此，上述數值只是示例，對本發明的保護范圍不起限定作用，本發明的保護范圍由所附的權利要求確定。喂入原料的濕度：約1％液態氮的消耗：約1.7kg本領域技術人員應理解的是，由于實施例中的粉碎機屬于大型粉碎機，并且氮的質量不同，因而無法計算準確的氮消耗量。并且，因為連續運行，可能會出現一些數值浮動。其他影響氮消耗的因素是氮儲存裝置至消耗物間的管道長度以及管道絕緣情況。因此氮消耗量可能上升和其質量降低。廢料密度(喂入原料)：330g/dm3喂入原料的溫度：20-25℃分析裝置：空氣噴射篩分析方法：2000pa低壓4’篩選時間增加1.0％助劑產能：達到1400kg/h，每條線(要求總產量3970kg/h)在分級器后的精細度方面，因為事實上一個分級器一直有重疊，達到的純度被稱為d90。這意味著，分類程序后的每個最終比分包括偏離目標比分最高10％的顆粒。在磨粉機上達到的一般比例：(1)a類比分＜180μm(80目)＞180μm(80目)40％＜100μm38％＜180μm63％＜125μm54％＜200μm9％＜180μm96％＜315μm93％＜200μm喂入材料中：細粒級別82％粗粒級別18％(2)b類比分1、原料供應根據本發明的實施例，在原料供應方面，主要包括：(1)料倉，其用于儲存約25m3的橡膠顆粒。(2)排放螺桿，數量方面優選地是3個，將產品喂入升降機。排放螺桿設置有驅動馬達，功率方面優選地為3.0kw。優選地，還可配置有高、低料位顯示器。本領域技術人員應理解的是，這一料倉由現場設備填充橡膠顆粒和/或手動從大袋或類似的儲存裝置中裝入。(3)喂料螺桿，其將橡膠顆粒喂入低溫粉碎階段。優選地，喂料螺桿配置有約1.5kw的驅動裝置(例如，驅動馬達)。2、低溫冷卻階段(1)喂料計量螺桿，其配置約0.75kw可變驅動馬達。優選地，喂料計量螺桿具有喂料料斗。作為示例，喂料料斗的容積約為130l。作為示例，在操作中，用于連續的產量調節和通過齒輪箱和變頻器持續將原料喂入升降機。(2)升降機，其配置為輸送原料(橡膠顆粒)，從地面到頂上的螺桿冷卻機。作為示例，升降機的參數如下：升降機的高度7m皮帶的寬度160mm吊桶的寬度140mm吊桶的數量約6個/m驅動馬達功率約1.5kw(3)第一電子金屬分離器，其用于全自動從橡膠顆粒中清除金屬雜質。作為示例，橡膠顆粒中的金屬雜質可以包括、但不限于鐵或無鐵金屬。作為示例，下表列出了第一電子金屬分離器的相關參數。壓縮空氣供應5bar壓縮空氣需求每個提取物約0.1l靈敏度1.8mm(fe)優選地，第一電子金屬分離器配置有傳感器、壓縮空氣、電力供應和機械功能的自我調節。本領域技術人員應理解的是，第一電子金屬分離器僅由于安全性的考慮才會安裝。此外，在操作中，必須確保沒有主要金屬雜質進入針式磨粉機。(4)第一旋轉閥，其作為輸送螺桿冷卻機上方的空氣鎖和喂料裝置。優選地，第一旋轉閥經本領域中能夠實現的特殊設計被配置為在低溫環境下運行。優選地，第一旋轉閥裝配有齒輪馬達n＝0.55kw。(5)低溫輸送螺桿冷卻機，其通過氮氣(n2)脆化橡膠顆粒。優選地，在冷卻劑需求方面可以達到2500kg/h。優選地，低溫輸送螺桿冷卻機具有槽和蓋，二者用快速閉合裝置固定。槽和蓋可以被實施為具有低溫絕緣和過壓/低壓保護的雙層套管。可選地，可以取下蓋子進行清潔。優選地，冷卻部分長度約為3000mm，齒輪馬達的功率約為n＝3.0kw，并且裝配有變頻器(變頻器可以安裝在控制柜中)。優選地，在產品接觸部件的選用方面，可使用316l不銹鋼或1.4571不銹鋼(歐盟牌號，對應國標0cr18ni12mo2ti)制造。(6)自動低溫系統，其與與控件、第一旋轉閥和顯示器安裝在一起。(7)入口箱，其連接在低溫輸送螺桿冷卻機和針式磨粉機之間。優選地，入口箱通過法蘭連接至低溫輸送螺桿冷卻機，并且通過底部法蘭與針式磨粉機入口相匹配。優選地，入口箱具有連接管道的側向插口，并且可通過支架而允許安裝在針式磨粉機上。在材料方面，入口箱可以由不銹鋼制成。(8)針式磨粉機，其經本領域能夠實現的特殊設計而適于在低溫下進行磨粉操作。下文詳述根據本發明的針式磨粉機的優選實施方式。針式磨粉機具有如下：堅固的磨粉機外罩，帶門，門寬敞開，允許快速清潔，維護和檢查；針式磨粉機帶2個旋轉針盤，針盤和針均由特殊耐低溫鋼制作；特殊軸承用于低溫磨粉；特殊的密封和沖洗氣體防止研磨室中的潤滑劑和軸承室中的沖洗水進入并加以保護；用于外罩側面和門側驅動的整個v型皮帶驅動單元，帶有皮帶防護裝置，帶有用于供應沖洗氣體的連接插座；電磁門的聯鎖，帶懸吊磁鐵和停機監控器，以確保在針盤運行時門不能打開。(9)三相鼠籠式電機，其優選地具有功率n＝132kw，并且配備有ptc傳感器。(10)安裝平臺，其用于安裝針式磨粉機、電機和全自動過濾器(下文)等。(11)出口箱，其優選地設置在安裝平臺下方。(12)排放螺桿，其優選地位于出口箱下方，用于將磨好的產品進給到第二旋轉閥(見下文)中。優選地，排放螺桿配置有功率約為1.5kw的驅動馬達。(13)第二旋轉閥，其作為輸送螺桿冷卻機上方的空氣鎖和喂料裝置。優選地，第二旋轉閥經本領域中能夠實現的特殊設計被配置為在低溫環境下運行。優選地，第二旋轉閥裝配有齒輪馬達n＝0.55kw。(14)第二電子金屬分離器，其用于全自動從橡膠顆粒中清除金屬雜質。作為示例，橡膠顆粒中的金屬雜質可以包括、但不限于鐵或無鐵金屬。作為示例，下表列出了第二電子金屬分離器的相關參數。壓縮空氣供應5bar壓縮空氣需求每個提取物約0.1l靈敏度1.8mm(fe)優選地，第二電子金屬分離器配置有傳感器、壓縮空氣、電力供應和機械功能的自我調節。(15)全自動過濾器，其被配置為與上述針式磨粉機相適應。在全自動過濾器的效率方面，優選地，借助殘留粉塵的含量來衡量，則該含量不大于10mg/m3。優選地，全自動過濾器通過壓縮空氣來吹掃、清潔過濾器元件，而不必單獨關閉過濾器的腔室。此外，根據本發明的全自動過濾器適合連續運行。根據本發明的全自動過濾器的工作范圍如下：a、清潔空氣室和清潔空氣出口插座；b、位于過濾器頭上的原始氣體插座；c、帶門和接地線的過濾器外罩；d、一套電磁閥；e、聚酯過濾元件(抗靜電)；f、固定循環控制單元；g、整個過濾器的接地線。(16)管道，如本領域技術人員能夠理解的，其用于氣體的循環運行。(17)壓縮空氣系統，其適于壓縮氮氣(n2)，并且允許過濾器清潔和軸承沖洗等。優選地，壓縮空氣系統具有活塞壓縮器、壓縮空氣箱，并且配置有驅動馬達、減壓器和控制單元等，同時也包含所需的附件。(18)連接管道套件，其布置在壓縮器系統和壓縮空氣消耗物之間。(19)隔音柜，其適于上述的針式磨粉機。優選地，隔音柜的尺寸約為15000×5000×6000mm3(長×寬×高)。在實施例中，隔音柜可以具有如下構造：帶頂部的四面柜、100mm隔音器、排氣消聲器、雙翼門、照明系統(優選地可以是八個氖燈)等。在實施例中，隔音柜可以采用如下表面處理，其外部涂覆有粉末涂層，其內部鍍覆有鋅材料。在實施例中，使用上述隔音柜，聲音水平可以降低到約85db(a)(集成表面聲壓等級根據din45635第1部分、精度等級為3)。根據本發明的高精細膠粉制備方法及其生產線具有如下有益技術效果：(1)減少了總體的能量消耗；(2)能夠獲得更小粒度的高精細膠粉；(3)不會產生熱損傷，高精細膠粉具有穩定的理化性能。圖2是根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線中通過冷凍研磨獲得的膠粉粒徑分布與現有技術中通過室溫研磨獲得的膠粉粒徑分布的對比。在圖2中，菱形數據點代表現有技術中通過室溫研磨獲得的膠粉粒徑分布，正方形數據點代表根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線中通過冷凍研磨獲得的膠粉粒徑分布。從圖2中可以看出，d50值從常溫研磨的約480μm精細化到了冷凍研磨的約180μm。即，總體來說，根據本發明的廢舊橡膠的精細膠粉制備生產線能夠獲得更小粒度的高精細膠粉。以上所述僅是本發明的示例性實施方式，而非用于限制本發明的保護范圍，本發明的保護范圍由所附的權利要求確定。當前第1頁12